CN220788060U - 一种甲醇水重整制氢装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种甲醇水重整制氢装置，包括：箱体，箱体内由下而上依次设置有热空气换热层、电加热棒层、热管和均热板层、甲醇水重整室，箱体一端连通有第一输料组件，箱体另一端连通有第二输料组件，电加热棒层包括若干均布在箱体内的电加热棒。本实用新型的目的在于提供一种稳定性号、温度控制均衡的甲醇水重整制氢装置。

Description

一种甲醇水重整制氢装置

技术领域

本实用新型涉及甲醇水制氢技术领域，特别涉及一种甲醇水重整制氢装置。

背景技术

氢气作为无碳绿色新能源，具有环保安全、能量密度大、转化效率高、储量丰富、多元化和适用范围广等特点，整个反应过程无污染，零排放，是应对日趋严峻环境危机和构建清洁低碳能源体系的重要载体。目前，电解水制氢、重整制氢是主要的制氢方式。工业副产氢杂质含量高，分离难度大、成本高。电解水制氢，在制储运方面需要消耗大量的能量，需要配套庞大的基础设施，醇水重整制氢是目前最为经济、产率稳定的制氢方式，适用于中小型移/固定设备。醇水重整制氢反应器设计是制约重整反应效率的重要因素之一。

在小型化甲醇重整制氢领域已有的实现方案是：甲醇通过燃烧催化剂为甲醇水重整制氢供热，或者使用电加热为甲醇水的重整制氢供热，并维持甲醇水重整腔室的高温。例如，专利CN213356957U(申请号：202020809363.0)公开了一种甲醇水重整制氢设备，包括储存容器、原料输送装置、甲醇水输送管路、重整装置、分离装置、氢气输送管路、控制电路板，其利用甲醇水重整制得稳定的氢气，转化率高，且加热气化管路可以得到很好的保护，延长设备使用寿命。

但是，专利CN213356957U所公开的一种甲醇水重整制氢设备，通过甲醇的无焰燃烧对重整室进行加热，由于气固换热、风速、气体温度等原因的影响，重整室的温度分布和稳定性产生变化，导致控制难度比较大，同时重整室内局部的温度过高和过低对催化剂的寿命影响较大。

实用新型内容

因此，本实用新型要解决现有技术中重整室温度控制不精准、催化剂的使用寿命短的问题。

为此，采用的技术方案是，本实用新型提供一种甲醇水重整制氢装置，包括：箱体，箱体内由下而上依次设置有热空气换热层、电加热棒层、热管和均热板层、甲醇水重整室，箱体一端连通有第一输料组件，箱体另一端连通有第二输料组件，电加热棒层包括若干均布在箱体内的电加热棒。

优选的，甲醇水重整室包括第一腔室与第二腔室，第一腔室两侧内壁上间隔交错设置有若干第一导流板，第二腔室两侧内壁上间隔交错设置有若干第二导流板，第二导流板的尺寸大于第一导流板的尺寸。

优选的，第一输料组件包括：第一燃料泵、电加热器，

第一燃料泵的出料端依次通过电加热器、第一气体混合器、第二气体混合器、无焰燃烧催化剂与热空气换热层的进气端连通，第一气体混合器与第二气体混合器均为三通混合器，氢气泵的出气端与第一气体混合器一端连通。

优选的，第二输料组件包括：第二燃料泵、空气泵，

第二燃料泵的出料端依次通过第一换热器、第二换热器与甲醇水重整室的进气端连通，甲醇水重整室的出气端与第二换热器进气端连通，热空气换热层的出气端与第一换热器进气端端连通，第二换热器的出气端通过三通阀与第三换热器的进气端连通，空气泵的出气端通过第三换热器与第二气体混合器一端连通。

优选的，三通阀一端与氢气泵的进气端连通；第一换热器的出气端与客户端连通。

优选的，箱体采用铝挤成型，甲醇水重整室采用铣床加工成型。

优选的，箱体上设置有冷却降温装置，冷却降温装置包括：冷却箱，

箱体周向侧壁内设置有沿轴向延伸的环形空腔，环形空腔内设置有螺旋状冷却管，箱体一侧外壁上设置有冷却箱，冷却箱靠近箱体的一侧内壁上设置有散热板，散热板内设置有成S状分布的散热管，冷却管的进液端与散热管出液端连通，冷却管的出液端与散热管进液端连通，散热管的出液端设置有驱动泵。

优选的，冷却箱底端内壁上设置有竖直方向的滑槽体，滑槽体内设置有导向杆，导向杆上滑动设置有滑块，导向杆上部套设有第一弹簧，第一弹簧顶端与滑槽体顶端内壁连接，第一弹簧底端与滑块顶端连接，导向杆下部套设有第二弹簧，第二弹簧顶端与滑块底端连接，第二弹簧底端与滑槽体底端内壁连接。

优选的，滑块靠近散热板的一侧外壁上设置有电动机，电动机的输出轴朝向散热板穿过第一齿轮轴线与曲柄一端连接，第一齿轮与电动机的输出轴转动连接并与电动机固定连接，曲柄另一端转动连接有转动轴，转动轴一端穿过曲柄与第二齿轮连接，第二齿轮与第一齿轮相互啮合，转动轴另一端设置有转动板，转动板周向外壁上间隔设置有若干扇叶。

优选的，冷却箱远离散热板的一侧壁上设置有散热口，散热口内设置有过滤网，滑块靠近散热口的一侧壁上设置有风板。

本实用新型技术方案具有以下优点：

1.热管的换热能力是铝导热能力的数十倍，可以更好地均衡重整器在长度方向上的温度梯度，通过结构设计解决温度控制不均衡的问题，使系统稳定运行，进而提高催化剂使用寿命；

2.重整室制出的氢气通过换热结构进行降温和热利用，最后通过散热风机为客户供热，解决部分的尾气废热的利用问题。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1为本实用新型箱体结构示意图；

图2为本实用新型现有技术实物图；

图3为本实用新型系统运行图；

图4为本实用新型冷却降温装置结构示意图；

图5为本实用新型冷却箱内部结构示意图；

图6为本实用新型散热板结构示意图；

其中，1-箱体，2-热空气换热层，3-电加热棒层，4-热管和均热板层，5-甲醇水重整室，6-第一腔室，7-第二腔室，8-第一导流板，9-第二导流板，10-第一燃料泵，11-电加热器，12-第一气体混合器，13-第二气体混合器，14-无焰燃烧催化剂，15-氢气泵，16-第二燃料泵，17-空气泵，18-第一换热器，19-第二换热器，20-三通阀，21-第三换热器，22-客户端，23-环形空腔，24-螺旋状冷却管，25-冷却箱，26-散热板，27-散热管，28-驱动泵，29-滑槽体，30-滑块，31-电动机，32-第一齿轮，33-曲柄，34-转动轴，35-第二齿轮，36-转动板，37-扇叶，38-导向杆，39-第一弹簧，40-第二弹簧，41-散热口，42-过滤网，43-风板。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接在另一个部件上或者间接在该另一个部件上。当一个部件被称为是“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

本实用新型实施例提供了一种甲醇水重整制氢装置，如图1-3所示，包括：箱体1，箱体1内由下而上依次设置有热空气换热层2、电加热棒层3、热管和均热板层4、甲醇水重整室5，箱体1一端连通有第一输料组件，箱体1另一端连通有第二输料组件，电加热棒层3包括若干均布在箱体1内的电加热棒；

甲醇水重整室5包括第一腔室6与第二腔室7，第一腔室6两侧内壁上间隔交错设置有若干第一导流板8，第二腔室7两侧内壁上间隔交错设置有若干第二导流板9，第二导流板9的尺寸大于第一导流板8的尺寸；

第一输料组件包括：第一燃料泵10、电加热器11，

第一燃料泵10的出料端依次通过电加热器11、第一气体混合器12、第二气体混合器13、无焰燃烧催化剂14与热空气换热层2的进气端连通，第一气体混合器12与第二气体混合器13均为三通混合器，氢气泵15的出气端与第一气体混合器12一端连通；

第二输料组件包括：第二燃料泵16、空气泵17，

第二燃料泵16的出料端依次通过第一换热器18、第二换热器19与甲醇水重整室5的进气端连通，甲醇水重整室5的出气端与第二换热器19进气端连通，热空气换热层2的出气端与第一换热器18进气端端连通，第二换热器19的出气端通过三通阀20与第三换热器21的进气端连通，空气泵17的出气端通过第三换热器21与第二气体混合器13一端连通；

三通阀20一端与氢气泵15的进气端连通；第一换热器18的出气端与客户端22连通。

上述技术方案的工作原理为：1、启动过程1：电加热器11和4层换热的电加热棒层3先启动，到达无焰燃烧催化剂14反应要求温度后，第一燃料泵10和空气泵17一起启动，等待甲醇水重整室5温度达到无焰燃烧催化剂14可进行反应的温度，启动结束，期间4层换热的热管和均热板层4会通过热管内的气液相变对甲醇水重整室5的温度进行均衡；

2、启动过程2：第二燃料泵16开始启动，甲醇水进入甲醇水重整室5开始反应后，制氢开始；

3、工作过程：第一燃料泵10和电加热棒关闭，4层换热的电加热棒层3根据温度逐渐关闭，氢气泵15启动，为无焰燃烧反应提供燃料；

温度过高通过降低氢气泵15和提高空气泵17来降温，温度过低通过4层换热的电加热棒层3对温度进行升高，期间用户如对单模块制氢量要求提升，关闭氢气泵15，使用第一燃料泵10和4层换热的电加热棒层3对甲醇水重整室5进行热能的提供；

4、关机过程：仅开启空气泵17对系统散热。

上述技术方案的有益效果为：1.热管的换热能力是铝导热能力的数十倍，可以更好地均衡重整器在长度方向上的温度梯度，通过结构设计解决温度控制不均衡的问题，使系统稳定运行，进而提高催化剂使用寿命；

2.重整室制出的氢气通过换热结构进行降温和热利用，最后通过散热风机为客户供热，解决部分的尾气废热的利用问题。

在一个实施例中，箱体1采用铝挤成型，甲醇水重整室5采用铣床加工成型。

上述技术方案的工作原理及有益效果为：箱体1加工方便，导热性好；箱体1成型后通过铣床进行甲醇水重整室5流场制作，加工效率高，加工精度高；甲醇水重整室5加工完成后，箱体1通过氩弧焊进行密封和焊接前后换热器等组件。

在一个实施例中，如图4-6所示，箱体1上设置有冷却降温装置，冷却降温装置包括：冷却箱25，

箱体1周向侧壁内设置有沿轴向延伸的环形空腔23，环形空腔23内设置有螺旋状冷却管24，箱体1一侧外壁上设置有冷却箱25，冷却箱25靠近箱体1的一侧内壁上设置有散热板26，散热板26内设置有成S状分布的散热管27，冷却管24的进液端与散热管27出液端连通，冷却管24的出液端与散热管27进液端连通，散热管27的出液端设置有驱动泵28；

冷却箱25底端内壁上设置有竖直方向的滑槽体29，滑槽体29内设置有导向杆38，导向杆38上滑动设置有滑块30，导向杆38上部套设有第一弹簧39，第一弹簧39顶端与滑槽体29顶端内壁连接，第一弹簧39底端与滑块30顶端连接，导向杆38下部套设有第二弹簧40，第二弹簧40顶端与滑块30底端连接，第二弹簧40底端与滑槽体29底端内壁连接；

滑块30靠近散热板26的一侧外壁上设置有电动机31，电动机31的输出轴朝向散热板26穿过第一齿轮32轴线与曲柄33一端连接，第一齿轮32与电动机31的输出轴转动连接并与电动机31固定连接，曲柄33另一端转动连接有转动轴34，转动轴34一端穿过曲柄33与第二齿轮35连接，第二齿轮35与第一齿轮32相互啮合，转动轴34另一端设置有转动板36，转动板36周向外壁上间隔设置有若干扇叶37；

冷却箱25远离散热板26的一侧壁上设置有散热口41，散热口41内设置有过滤网42，滑块30靠近散热口41的一侧壁上设置有风板43。

上述技术方案的工作原理及有益效果为：当重整制氢结束后，首先启动空气泵17对系统散热，然后启动驱动泵28，驱动泵28驱动冷却液在冷却管24内流动对箱体1进行降温，升温后的冷却液被驱动泵28驱动至散热管27内流动，通过散热板26散发热量后再次流入冷却管24内，驱动泵28驱动冷却液在冷却管24与散热管27内循环流动，对箱体1不断进行降温；散热口41用于散发散热板26散发的热量，过滤网42用于防止冷却箱25内机构被灰尘污染，影响箱体1散热；启动电动机31，带动曲柄33旋转，带动转动轴34与第二齿轮35绕电动机31的输出轴旋转，通过第二齿轮35与第一齿轮32之间的齿轮啮合传动，使得第二齿轮35一边自转一边绕电动机31的输出轴旋转，带动转动板36与扇叶37一边自转一边绕电动机31的输出轴旋转，扇叶37对散热板26进行吹风降温，提高散热板26的散热效率；转动板36与扇叶37的运动带动滑块30在导向杆38上往复运动，使得第一弹簧39与第二弹簧40伸缩，滑块30带动风板43沿导向杆38上下往复运动，风板43煽动气流，将散热板26散发的热量吹出冷却箱25，同时将过滤网42上粘附的灰尘吹出，防止灰尘堵塞过滤网42，保证过滤网42畅通，进一步提高箱体1的散热效率。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种甲醇水重整制氢装置，包括：箱体(1)，其特征在于，箱体(1)内由下而上依次设置有热空气换热层(2)、电加热棒层(3)、热管和均热板层(4)、甲醇水重整室(5)，箱体(1)一端连通有第一输料组件，箱体(1)另一端连通有第二输料组件，电加热棒层(3)包括若干均布在箱体(1)内的电加热棒。

2.如权利要求1所述的一种甲醇水重整制氢装置，其特征在于，甲醇水重整室(5)包括第一腔室(6)与第二腔室(7)，第一腔室(6)两侧内壁上间隔交错设置有若干第一导流板(8)，第二腔室(7)两侧内壁上间隔交错设置有若干第二导流板(9)，第二导流板(9)的尺寸大于第一导流板(8)的尺寸。

3.如权利要求1所述的一种甲醇水重整制氢装置，其特征在于，第一输料组件包括：第一燃料泵(10)、电加热器(11)，

第一燃料泵(10)的出料端依次通过电加热器(11)、第一气体混合器(12)、第二气体混合器(13)、无焰燃烧催化剂(14)与热空气换热层(2)的进气端连通，第一气体混合器(12)与第二气体混合器(13)均为三通混合器，氢气泵(15)的出气端与第一气体混合器(12)一端连通。

4.如权利要求3所述的一种甲醇水重整制氢装置，其特征在于，第二输料组件包括：第二燃料泵(16)、空气泵(17)，

第二燃料泵(16)的出料端依次通过第一换热器(18)、第二换热器(19)与甲醇水重整室(5)的进气端连通，甲醇水重整室(5)的出气端与第二换热器(19)进气端连通，热空气换热层(2)的出气端与第一换热器(18)进气端端连通，第二换热器(19)的出气端通过三通阀(20)与第三换热器(21)的进气端连通，空气泵(17)的出气端通过第三换热器(21)与第二气体混合器(13)一端连通。

5.如权利要求4所述的一种甲醇水重整制氢装置，其特征在于，三通阀(20)一端与氢气泵(15)的进气端连通；第一换热器(18)的出气端与客户端(22)连通。

6.如权利要求1所述的一种甲醇水重整制氢装置，其特征在于，箱体(1)采用铝挤成型，甲醇水重整室(5)采用铣床加工成型。

7.如权利要求1所述的一种甲醇水重整制氢装置，其特征在于，箱体(1)上设置有冷却降温装置，冷却降温装置包括：冷却箱(25)，

箱体(1)周向侧壁内设置有沿轴向延伸的环形空腔(23)，环形空腔(23)内设置有螺旋状冷却管(24)，箱体(1)一侧外壁上设置有冷却箱(25)，冷却箱(25)靠近箱体(1)的一侧内壁上设置有散热板(26)，散热板(26)内设置有成S状分布的散热管(27)，冷却管(24)的进液端与散热管(27)出液端连通，冷却管(24)的出液端与散热管(27)进液端连通，散热管(27)的出液端设置有驱动泵(28)。

8.如权利要求7所述的一种甲醇水重整制氢装置，其特征在于，冷却箱(25)底端内壁上设置有竖直方向的滑槽体(29)，滑槽体(29)内设置有导向杆(38)，导向杆(38)上滑动设置有滑块(30)，导向杆(38)上部套设有第一弹簧(39)，第一弹簧(39)顶端与滑槽体(29)顶端内壁连接，第一弹簧(39)底端与滑块(30)顶端连接，导向杆(38)下部套设有第二弹簧(40)，第二弹簧(40)顶端与滑块(30)底端连接，第二弹簧(40)底端与滑槽体(29)底端内壁连接。

9.如权利要求8所述的一种甲醇水重整制氢装置，其特征在于，滑块(30)靠近散热板(26)的一侧外壁上设置有电动机(31)，电动机(31)的输出轴朝向散热板(26)穿过第一齿轮(32)轴线与曲柄(33)一端连接，第一齿轮(32)与电动机(31)的输出轴转动连接并与电动机(31)固定连接，曲柄(33)另一端转动连接有转动轴(34)，转动轴(34)一端穿过曲柄(33)与第二齿轮(35)连接，第二齿轮(35)与第一齿轮(32)相互啮合，转动轴(34)另一端设置有转动板(36)，转动板(36)周向外壁上间隔设置有若干扇叶(37)。

10.如权利要求9所述的一种甲醇水重整制氢装置，其特征在于，冷却箱(25)远离散热板(26)的一侧壁上设置有散热口(41)，散热口(41)内设置有过滤网(42)，滑块(30)靠近散热口(41)的一侧壁上设置有风板(43)。